Unequal salt distribution in the root zone increases growth and yield of cotton

Soil salinity is often heterogeneous, yet plant response to unequal salt distribution (USD) in the root zone is seldom studied in cotton (Gossypium hirsutum L.). Our objective was to evaluate the effects of USD on growth and yield, as well as its potential application for increasing cotton production. To achieve this objective, greenhouse and field experiments were conducted. In the first experiment, potted cotton plants were grown in a split-root system in the greenhouse. Each root half was irrigated with either the same or two concentrations of NaCl. Plant biomass, leaf chlorophyll (Chl), photosynthesis (Pn) and transpiration (Tr), Na⁺ and K⁺ accumulation, as well as biological and economic yields were determined. In the second experiment, plants were grown in furrow-beds in saline fields with those grown on flat beds as controls. Root-zone salinity, yield and yield components and earliness (the percentage of the first two harvests to total harvests) were monitored. When the entire root system was exposed to the same concentration of NaCl, shoot dry weight, leaf area, plant biomass, leaf Chl, Pn and Tr were markedly reduced relative to the NaCl-free control at 2 weeks after salinity stress (WAS). Significant reductions in biological (23.6–73.8%) and economic yields (38.1–79.7%) were noticed at harvest. However, when only half of the root system was exposed to low-salinity, the inhibition effect of salinity on growth and yield was significantly reduced. Plant biomass and seed cotton yield were increased by 13 and 23.9% with 50/150 mM/mM NaCl, 40 and 44.5% with 100/300 mM/mM NaCl, and 85.7 and 127.8% with 100/500 mM/mM NaCl relative to their respective equal salt distribution (ESD) controls (100/100, 200/200, and 300/300). Unequal salt distribution also decreased concentrations of Na⁺ and increased leaf K⁺ and Chl content, K⁺/Na⁺ ratio, Pn and Tr, compared with ESD. Furrow-bed seeding induced unequal distribution of salts in the surface soil during the field experiment. Under furrow planting, soil salinity was much higher, but soil osmotic potential was much lower on the ridged part than the furrows. Yield and earliness were increased 20.8 and 5.1% by furrow seeding relative to flat seeding. These enhancements were mainly attributed to unequal distribution of salts in the root zone. Thus, specific cultural practices that induce unequal salt distribution such as furrow-bed seeding can be used to improve cotton production in saline fields.     

盐碱胁迫对滴灌加工番茄生理生长和干物质积累的影响

为探讨盐碱胁迫对加工番茄生理生长和和干物质积累的影响,采用桶栽试验方法,人工配制不同盐碱程度的土壤(CK:1.5g/kg,S1:4g/kg,S2:7g/kg,S3:10g/kg),研究滴灌条件盐碱胁迫下加工番茄生长指标、生理指标、干物质积累和产量的变化规律。结果表明:S1处理对加工番茄的生长指标、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶片水分利用效率及叶绿素含量均有一定程度的促进作用,但与CK处理无显著性差异(P0.05);S2与S3处理对以上指标均有一定的抑制性,最小值均出现在S3处理,但在生育后期,S2与S3这2个高盐碱处理下,加工番茄的气孔限制值降低,普遍低于S1与CK处理(P0.01),说明在生育后期高盐碱胁迫下加工番茄光合能力的下降主要是由高盐碱胁迫导致叶片气孔关闭的非气孔限制因素造成的;S1处理使加工番茄增产2.1%,而S2与S3处理因抑制加工番茄生长,使其分别减产18.7%和65.4%;果实膨大一期是加工番茄生长发育的一个非常重要时期,此时,加工番茄长势迅速,干物质积累加快,达到全生育期的最大值。研究结果为新疆盐碱地加工番茄栽培管理技术提供理论依据。     

滴灌下氮盐交互对加工番茄荧光特性及产量品质的影响

【目的】新疆有着全中国最大面积的盐碱地和加工番茄的种植基地。在新疆开展两年试验以研究加工番茄在氮盐交互下生长、生理、产量和品质的变化规律,获得适宜新疆盐碱地种植加工番茄的合理施氮量和土壤盐分范围,为新疆扩大加工番茄种植面积和合理施氮提供科学的理论依据及技术途径。【方法】试验于2017和2018年在石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验基地进行,以当地主栽品种3166为试验材料,2017年试验共设置4个土壤含盐量水平：1.5、4.0、7.0和10.0 g·kg ^-1及4个氮素水平：201、166、131和96 kg·hm ^-2,2018年在2017年的基础上去除10.0 g·kg ^-1的土壤含盐量,增加5.0 g·kg ^-1的土壤含盐量和不施氮量处理。试验测定和分析加工番茄的荧光叶绿素参数、产量和品质指标。【结果】在氮盐交互下,加工番茄荧光参数及产量等指标均呈现出复杂的变化规律。绝大多数的荧光参数及产量受土壤盐分的主导作用较氮素强,在同等氮素水平下,7.0 g·kg ^-1和10.0 g·kg ^-1的土壤盐分对加工番茄荧光指标抑制程度最大;低盐分水平下,166 kg·hm ^-2的中等偏高的施氮量对加工番茄的荧光指标促进作用最大,其次是施氮201 kg·hm ^-2的处理;在中等偏高的盐分水平下,96 kg·hm ^-2的低氮对加工番茄的最好,其次为不施氮水平。加工番茄的鲜果产量总体上符合“盐高产低”的规律,但低氮高盐处理的产量明显高于其他同盐度的氮素水平下的产量。可溶性固形物、VC、可溶性糖和可滴定酸均随着土壤含盐量的增大逐渐增大,糖酸比的最大值均出现在低盐处理,盐分对加工番茄品质的影响远高于氮素,二者交互对加工番茄的品质并无显著性影响。通过图形叠加分析方法,得出了加工番茄获得相对最优产量和品质的合理施氮范围和土壤含盐量区间。【结论】在盐碱程度偏高的土壤可通过少施氮素来提高加工番茄产量;加工番茄获得相对最优产量和品质的合理施氮范围和土壤含盐量区间为N：98.12—119.60 kg·hm ^-2,S：3.57—5.58 g·kg ^-1。     

基于15N示踪技术的干旱区滴灌葡萄氮素利用分析

为研究水氮调控对干旱区滴灌葡萄氮素吸收利用的影响,以新疆鲜食葡萄弗雷为试验材料,利用¹⁵N 示踪技术,设置2种灌水处理(灌水量为4 950、5 400 m³·hm^-2,分别记作W1、W2),3种施氮处理(施氮量为177、235、292 kg·hm^-2,分别记作F1、F2、F3)进行大田试验。结果表明,各处理土壤全氮含量和¹⁵N丰度差异极显著(P<0.01),并且在0~20 cm土层出现富集现象。各器官征调氮素能力随水氮投入加大极显著增强(P<0.01)。根系、茎秆、叶片器官的生物量随着吸氮量的增加极显著提高(P<0.01),而较高施氮量(F3)不利于果实器官生物量的积累。果树吸收的肥料氮量随水氮投入的加大逐渐增加,受水氮调控影响极显著(P<0.01),果树吸收的土壤氮量大于肥料氮量。W2F1的¹⁵N标记氮肥利用率和¹⁵N标记氮肥偏生产力最高,分别为38.36%和114.20 kg·kg^-1,W2F2的产量最高,为20 253 kg·hm^-2,但与W2F1差异不显著。表明水氮投入过多会引起茎秆和叶片器官徒长且不利于提高¹⁵N标记氮肥利用率。综上所述,灌水量5 400 m³·hm^-2、施氮量177 kg·hm^-2(W2F1)是兼顾经济效益与生态效应的可行水氮运筹模式。本研究结果为干旱区滴灌葡萄高产高效种植提供了参考。     

基于改进4-方程摩擦模型的输水管道水锤压力计算

摩擦耦合是流体与管壁之间相对运动产生粘性摩擦力而形成的边界接触耦合。在流体高频运动的范围内,摩擦耦合的特性变得相对更加复杂,将直接影响管道系统的水锤演化。为了研究在实际管道中水锤的变化情况,本文基于Zielke模型对流固耦合作用(fluid-structure interaction,FSI)4-方程模型(four-equation model,4EM)建立的4-方程摩擦模型(four-equation friction model,4EFM)结合广义不可逆热力学理论(extended irreversible thermodynamics,EIT)进行改进,建立改进4-方程摩擦模型。通过MATLAB软件利用波速调整(wave-speed adjustment,WSA)插值方法的特征线法(method of characteristics,MOC),对新疆生产建设兵团第十三师自压输水管道中的关阀水锤压力进行数值计算,结果表明改进4-方程摩擦模型的计算结果相比4-方程摩擦模型以及其他计算模型与实测值具有更好的一致性,WSA相比其他线性插值方法可以减小插值误差。该改进模型可以应用在计算机中进行长距离重力流输水过程的水锤压力计算。     

不同盐胁迫对滴灌棉花生理生长及产量的影响

为探明不同程度轻度盐胁迫对滴灌棉花光合生理、生长指标及产量的影响,采取桶栽的方式人为设置不同土壤含盐量,研究了6种不同盐胁迫(CK:1.5g/kg,T1:3.0g/kg,T2:4.0g/kg,T3:5.3g/kg,T4:6.2g/kg,T5:7.3g/kg)处理下棉花的生理生长及产量的变化规律,为新疆轻度盐碱地棉花栽培管理提供理论基础。结果表明,随着盐胁迫程度的增加及胁迫时间的延长,棉花光合生理指标均呈下降趋势(P0.01)。T1、T2处理对棉花净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(Gs)、细胞间CO_2浓度(Ci)及叶片水分利用效率(WUE)的影响不显著(P0.05),而T3、T4及T5处理对光合生理指标具有显著抑制性(P0.05);生育前期盐分胁迫下P_n与T_r、G_s、C_i均呈下降趋势,而L_s值随着盐胁迫的增加呈升高趋势。吐絮期的P_n、G_s、_Ls均小于蕾期,而C_i却大于蕾期;株高、叶面积在生育前期受到盐胁迫的影响显著,到生育后期T2、T3处理株高、叶面积增长迅速,最大值均为T3处理;T1、T2较CK处理对棉花产量及单株铃数、单铃质量影响不大,T3处理产量迅速降低,通过分段耐盐函数得到棉花在0—40cm土层全生育期的耐盐临界值为5.441 9g/kg(St)、耐盐极限值为44.201 6g/kg(S0);产量与P_n、WUE、株高(H)、叶面积(S)拟合程度较好,相关系数分别为0.69,0.73,0.50和0.72。综合分析,与中、重度盐分胁迫相比,轻度盐胁迫下导致棉花光合速率下降的原因生育前期为气孔限制因素,生育后期为非气孔限制因素,光合参数与盐胁迫程度关系密切,而棉花产量又表现出与光合作用指标具有较好的相关关系。     

滴灌灌水量对复播油葵耗水特性和产量的影响

2010年通过大田滴灌试验,研究了不同灌水量对复播油葵耗水特性和产量的影响。在灌水次数相同的情况下,设置了4个灌水处理,灌水定额分别为30、37.5、45、60mm。试验结果表明,复播油葵全生育期耗水量,开花期>现蕾期>苗期>灌浆期>成熟期;回归分析初步得出,滴灌油葵适宜的灌溉定额范围为285.19～287.67mm。     

水氮耦合对滴灌复播油葵生长及产量的影响

为了解水氮耦合对新疆北部石河子地区滴灌复播油葵生长和产量的影响,以大田试验为基础,结合室内试验,以当地油葵主栽早熟品种"新葵杂五号"为供试材料,在滴灌条件下进行水氮两因素三水平完全处理小区试验。结果表明:在灌水3 000 m3·hm~(~(-2))、纯施氮232 kg·hm~(~(-2))水氮组合下,滴灌复播油葵的叶面积最大,株高在营养生长阶段最高,盘径、茎粗及干物质量均最大;结实率水平、单盘粒重、千粒重和产量均最高,分别为96.97%、112.96g、73.89 g和3 597 kg·hm~(~(-2))。以滴灌复播油葵产量为追求目标,综合考虑水氮耦合对其生长的影响,试验所在地区复播油葵建议的适宜灌溉定额及氮肥追施量分别为3 000 m3·hm~(~(-2))、232 kg·hm~(~(-2))。     

土壤水分下限对滴灌春小麦生长和产量的影响研究

通过田间试验,设3个水分处理(分别以0～60cm土层灌前土壤田间持水量的55%、60%和65%作为各处理的灌溉下限含水量临界值,灌溉上限为田间持水量的90%),分析了不同土壤水分下限状况下土壤水分下限对滴灌小麦生长和产量的影响。试验结果表明,灌前土壤相对田间持水量为65%处理的小麦生长状况较好,产量和水分利用效率较高,可以实现高产高效的节水灌溉。     

模糊数学综合评判分析北疆加工番茄水氮耦合效应

为探求北疆地区种植加工番茄节水、节肥、高产、高效的科学灌溉施肥制度,本研究于2017-2018年在石河子大学节水灌溉试验站开展水氮耦合试验。试验设置4个灌溉水平,3个施氮梯度进行完全组合设计,分析不同水氮处理下加工番茄的生长生理指标、品质因素和经济效益。结果表明,适宜的水氮耦合对加工番茄的株高、茎粗影响极显著(P<0.01)。灌溉量对加工番茄花期的光合指标影响显著,水氮耦合对番茄花期净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)影响显著(P<0.05)。较低、较高的灌溉施氮量不利于加工番茄的增产以及果实品质和灌溉水利用效率的提高。基于模糊数学综合评价法认为,当考虑节水、节肥、经济及环境等综合效益时,应设置灌溉量为4 500 m³·hm^-2,施氮量为225 kg·hm^-2。综上所述,适宜的灌溉量和施氮量可以提高作物经济效益和农户的种植积极性。本研究结果对改善北疆农田肥料污染,提高水肥利用效率具有深远意义。